UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – ESCOLA POLITÉCNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DINAMÔMETRO PARA MOTORES DE

AEROMODELOS

Claudio Sakai Koseki

São Paulo

2010

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – ESCOLA POLITÉCNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DINAMÔMETRO PARA MOTORES DE

AEROMODELOS

Trabalho de formatura apresentado à Escola Politécnica

da Universidade de São Paulo para obtenção do título de

Graduação em Engenharia

Claudio Sakai Koseki

Orientador: Prof. Dr. Roberto Martins de Souza

Área de concentração:

Engenharia Mecânica

São Paulo

2010

FICHA CATALOGRÁFICA

Koseki, Claudio Sakai

Projeto e construção de um dinamômetro para motores de aeromodelos / C.S. Koseki. – São Paulo, 2010.

72 p.

Trabalho de Formatura - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Mecânica.

1.Dinamômetros 2.Motores de combustão interna I.Universi-

dade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia Mecânica II.t.

A minha família, meus familiares e amigos.

AGRADECIMENTOS:

Ao professor Roberto Martins de Souza, pela orientação neste trabalho.

A professora Izabel Fernanda Machado, por gentilmente ceder o equipamento de

aquisição de dados para os ensaios.

Ao Msc. Eng. Newton Kiyoshi Fukumasu – capitão da equipe Poli Aclive Open, pela

orientação e ajuda no trabalho.

Ao mestrando Enio Yamamotu Ferreira Soares pelas ajudas tanto nos ensaios do

motor, quanto no projeto em si.

A equipe Poli Aclive de Aerodesign.

Aos técnicos: Carlos, Douglas Silva, Fidel, Francisco Faustino, Tiago Camponucci e

Wellington Ramos, pelo auxílio na construção das células de carga e construções

mecânicas.

Aos técnicos e aos membros do LFS – Laboratório de Fenômeno de Superfícies.

A minha família, amigos e colegas, pelo incentivo e pela ajuda nos momentos

difícieis e pelas comemorações a cada etapa concluída. E em especial ao meu pai, por

solicitar a confecção dos blocos para as células e da bancada de ensaio.

RESUMO

Este trabalho apresenta o projeto e a construção de um dinamômetro para motores de

aeromodelos, utilizados pela equipe PoliAclive de aeromodelismo e que compete na

categoria Open da “SAE Aerodesign”.

Nesta categoria, o regulamento permite a modificação do motor, seja pela adição de

algum dispositivo, seja pela modificação dos componentes internos. A equipe deseja

modificar componentes, seja pela técnica de micro-texturização, seja pela aplicação

de filmes finos.

Para analisar o efeito destas modificações, serão necessários o projeto e a construção

de um dinamômetro. O trabalho abrangeu todas as etapas, desde a concepção até a

construção. Dos itens constituintes do dinamômetro, construíram-se duas células de

carga e uma bancada em aço, para apoiar as células e o motor.

O motor ensaiado foi um motor fabricado pela empresa OS Engines, modelo 0.61FX,

utilizado em aeromodelos. Trata-se de um motor monocilindro de dois tempos,

movido com uma mistura de metanol, nitrometano e óleo lubrificante.

Para os ensaios, pela não disponibilidade dos componentes modificados, variou-se as

hélices e os combustíveis utilizados. Foram ao todo 8 ensaios, combinando-se as 2

hélices com os 2 combustíveis e em 2 configurações de montagem do motor – uma

visando obtenção de valores de tração e a outra de torque.

Os resultados obtidos não foram quantitativos e sim qualitativos, ou seja, apenas

comparou-se o funcionamento do motor, variando-se hélices e combustíveis.

Após os ensaios, conclui-se que o dinamômetro atendeu a este objetivo e capturou

diferenças nos valores de torque e tração, ao se variar combustíveis e hélices.

Palavras chaves: aeromodelos, dinamômetros, motor de combustão interna.

ABSTRACT

This dissertation presents the design and construction of a dynamometer for model

aircraft engines that are used by PoliAclive Team, which competes at the Open Class

of SAE Aerodesign Competition.

In this category, the rules allow the teams to modify the engines of the model

airplanes by adding new components or modifying the original ones. The team wants

to modify the components, by using the “Laser Surface Texturing” and coating the

internal parts with thin-films.

To analyze the effects of these modifications, it is necessary to design and construct a

dynamometer. This work includes all the steps, from the conception to the

construction of the dynamometer. Among all the items that constitutes a

dynamometer, two load cells and a bench-like structure, were manufactured during

this work.

The tested engine was built by OS Engines, model 0.61FX, used in model airplanes.

It is a mono-cylinder, two-strokes engine that runs with a mixture of methanol,

nitromethane and lubricant.

As the modified components were not available by the time of the tests, the propellers

and the fuels were exchanged. Eight tests were conducted, combining 2 propellers, 2

fuels and 2 engine mounting configurations. One configuration was used to obtain the

torque and the other the thrust.

The obtained results were not quantitative, but qualitative, i.e. the engine operation

was compared varying the propellers and fuels.

After the tests, the results indicated that the dynamometer reached its objectives and

was able to catch the torque and thrust differences, when varying the fuels and

propellers.

Keywords: Dynamometer, internal-combustion engines, model aircrafts.

SUMÁRIO

Lista de figuras ............................................................................................................. 1

Lista de Tabelas............................................................................................................ 3

1. Introdução ............................................................................................................. 4

2. Revisão bibliográfica: ........................................................................................... 6

2.1. Potências dos motores de combustão interna. ............................................... 6

2.2. Dinamômetros. .............................................................................................. 8

3. DESENVOLVIMENTO DO DINAMÔMETRO:.............................................. 10

3.1 O motor: ........................................................................................................... 10

3.2. Projeto e construção do dinamômetro. ............................................................ 10

3.3. Projeto do dinamômetro. ................................................................................. 12

4. Ensaios ................................................................................................................ 25

4.1. Teste da bancada. ............................................................................................ 25

4.2. Metodologia de ensaio do motor: .................................................................... 26

5. Conclusão: .......................................................................................................... 43

6. Bibliografia: ........................................................................................................ 45

7. Anexos: ............................................................................................................... 46

7.1. Procedimento da construção da célula de carga. ......................................... 46

7.2. Relatórios de ensaios gerados pelo programa AqdAnalysis. ...................... 47

1

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Esquema do dinamômetro existente. ........................................................... 8

Figura 2 - Configurações de utilização do dinamômetro. A utilização para a

configuração 1 é a de obtenção da potência de atrito, da configuração 2, obtenção do

torque do motor e a configuração 3, obtenção da tração do grupo moto-propulsor. . 11

Figura 3 - Desenho da primeira peça de alumínio da célula de carga. Medidas em

milímetros. ................................................................................................................. 12

Figura 4 - Strain gage colado ao bloco de alumínio................................................... 13

Figura 5 – 1ª célula de carga - bloco de alumínio + stran gage + cabo. ..................... 13

Figura 6 - Sistema de aquisição. ................................................................................ 14

Figura 7 - Modelo computacional da célula reprojetada. ........................................... 16

Figura 8 – Deformações principais na célula ao se aplicar as forças. ........................ 16

Figura 9 – Tensão de Von Mises (em MPa) na célula ao se aplicarem as forças. ..... 17

Figura 10 - Desenho final da peça de alumínio da célula de carga. ........................... 17

Figura 11 – Bloco da célula de carga final. ................................................................ 18

Figura 12 - Gráfico do resultado do ensaio 1. ............................................................ 19



Figura 15 - Dinamômetro antigo de balança .............................................................. 23

Figura 16- Esboço da estrutura da bancada. Medidas em milímetros....................... 24

Figura 17 – A bancada montada na configuração de ensaio ...................................... 25

Figura 18 - Hélices utilizadas - 13/5 (acima) e a 13/8 (abaixo) ................................. 27

Figura 19 - Combustíveis utilizados – a direita, o combustível 1 e a esquerda o

combustível 2. ............................................................................................................ 27

Figura 20 - Gráfico do resultado do ensaio 1 da primeira série de ensaios. .............. 28

Figura 21 - Gráfico do ensaio nº 1, na configuração 2, hélice 1 e combustível 1. ..... 30

Figura 22 - Gráfico do ensaio nº 2, na configuração 2, hélice 2 e combustível 1. ..... 31

Figura 23 - Gráfico do ensaio n°3, na configuração 2, hélice 2 e combustível 2. ..... 32

Figura 24 - Gráfico do ensaio n°4, na configuração 2, hélice 1 e combustível 2. ..... 33

Figura 25 - Bancada na configuração 3...................................................................... 35

Figura 26 - Esquema da calibração das células para a terceira série de ensaios ........ 36

Figura 27 - Gráfico do resultado de ensaio motor 0.61FX, hélice 1, combustível 1. 37

2



Figura 30 - Gráfico do resultado de ensaio motor 0.61FX, hélice 1, combustível 2 . 40

3

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – exemplos de misturas de combustível ........................................................ 7

Tabela 2 - Dados dos motores a serem ensaiados ...................................................... 10

Tabela 3 - Dados do ensaio 1. .................................................................................... 18

Tabela 4 - Dados do ensaio 2. .................................................................................... 20

Tabela 5 - Dados do ensaio 3 ..................................................................................... 21

Tabela 6 - Ensaios do motor....................................................................................... 26

Tabela 7 - Síntese dos resultados da segunda série de ensaios. ................................. 34

Tabela 8 - Síntese dos resultatos desta série de ensaios - corrigidos. ........................ 41

Tabela 9 - Resultados corrigidos da terceira série de ensaios .................................... 41

Tabela 10 - Síntese dos resultados da terceira série de ensaios. ................................ 41

Tabela 11 - Resultados finais compilados. ................................................................. 44

4

1. INTRODUÇÃO

O presente trabalho apresenta o projeto e metodologia de construção de um novo

dinamômetro com a finalidade de aferir os resultados de modificações em camisas de

cilindro e anéis de pistão de motores de aeromodelos. Este projeto faz parte de uma

série de projetos para a equipe Poli Aclive de Aerodesign. A equipe atualmente

participa das competições da SAE-International (antiga Society of Automotive

Engineers), entre elas a SAE-Brasil Aerodesign.

A equipe participará pela primeira vez na categoria Open em Outubro de 2010, na

qual o regulamento permite alterações no motor, permitindo a utilização de

componentes não-originais com o objetivo de aumentar o desempenho do mesmo.

Na categoria anteriormente disputada, o motor é padrão para todas as equipes, não

sendo permitida qualquer alteração.

Atualmente existe um dinamômetro, que é baseado em uma balança comum e

estrutura metálica, porém, este não atende plenamente aos novos requisitos, pela

sensibilidade ser baixa, dependendo exclusivamente da menor escala da balança. Por

isto, deseja-se projetar um novo dinamômetro, com maior precisão.

O motor em testes é um motor de aeromodelo de dois tempos, monocilindro,

fabricados pela empresa japonesa OS Engines. Trata-se de um motor modelo 61FX

de 0.61cu.in. – equivalente a um motor de 10cm³.

Para que haja um aumento do desempenho, deseja-se alterar alguns componentes

móveis desses motores, de modo que haja redução do atrito entre estas partes móveis,

sem que haja uso de outros lubrificantes. A idéia é a utilização de filmes finos nestes

componentes, de modo a se reduzir o atrito entre as partes móveis. Em outras

palavras, deseja-se reduzir a potência de atrito do motor, apenas alterando-se os

componentes do motor.

Além disso, deseja-se utilizar deste dinamômetro para a aferição de desempenho do

motor, para se extrair o empuxo do conjunto moto-propulsor (motor + hélice). Este

dado é importante como parâmetro de projeto.

5

Neste trabalho, o objetivo será apenas a construção do dinamômetro para se

comparar parâmetros de funcionamento, sendo assim, a obtenção de resultados

numéricos exatos não é de escopo desde trabalho.

6

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA:

2.1. Potências dos motores de combustão interna.

De acordo com Garcia e Brunetti [1] a potência dos motores de combustão interna é

dividida basicamente em quatro subtipos:

1- Potência teórica (Pt) – considera-se que todo o calor produzido por uma

determinada quantidade de combustível seja convertido em energia mecânica.

2- Potência indicada (Pi) – é a potência do ciclo termodinâmico, consideradas as

perdas termodinâmicas.

3- Potência efetiva (Pe) – é a potência efetivamente aplicada ao fluido de

trabalho.

4- Potência de atrito (Pa) – potência utilizada para vencer o atrito entre as partes

móveis do motor.

A relação entre as potências é dada pelas seguintes relações:

Pi = Pe+Pa (1)

Pt=Pi*ηm* ηt (2)

onde ηm é o rendimento mecânico e ηt o rendimento térmico.

O objetivo dos lubrificantes no motor, entre outros, é o de reduzir o atrito entre as

partes móveis, de modo a facilitar o funcionamento do motor, ou seja, sua função é a

de reduzir a potência de atrito, aumentando a potência indicada, que é a potência útil

do motor. Assim, espera-se que com o mesmo consumo, mesmas características

geométricas e de operação do motor (exemplo, formação de mistura ar-combustível,

admissão de ar e de mistura do motor), haja aumento da potência e consequente

melhora do desempenho da aeronave.

Há a possibilidade da redução ou mesmo eliminação da adição de lubrificantes ao

combustível. O combustível utilizado por estes motores é constituído de uma mistura

de nitro-metano com metanol e óleo de rícino. A mistura pode variar. Algumas das

misturas oferecidas por uma das maiores fabricantes deste combustível são

mostradas na Tabela 1.

7

Tabela 1 – exemplos de misturas de combustível

Nitrometano (%) Metanol (%) Óleo (%)

Aero Gen2 FAI 0 82 18

Aero Gen2 Standard 5 79 16

Aero Gen2 Traditional 5 75 20

Aero Gen2 Premium 18 5 77 18

Aero Gen2 Super Tigre 10 80 10




Aero Gen2 4-Cycle 10 74 16



Aero Gen2 4-Cycle 15 69 16


Race 1600 Gen2 12 68 20

Race 2000 Gen2 20 68 12

Race 2500 Gen2 25 64 11

Race 3000 Gen2 30 59 11

Fonte: Byron Fuels [2]

O combustível atualmente utilizado pela equipe é o Aero Gen2 Standard com 10% de

nitro-metano e o Race 2000 Gen2.

O nitro-metano (CH3NO2) é conhecido pela sua aplicação em motores de

competição, como por exemplo, dos carros de arrancada – os dragsters. Este

combustível possui menor poder calorífico em comparação à gasolina– da ordem de

11700kJ/kg, contra 43000kJ/kg da gasolina. Porém, requer menor quantidade de ar

para ser queimado, em relação à gasolina. Logo, pode-se adicionar mais combustível

na câmara de combustão se comparado com a gasolina. A adição de lubrificante pode

ser considerada uma contaminação deste e há uma redução do poder calorífico, uma

vez que o do lubrificante é menor e, por vezes, o mesmo é expelido pelo sistema de

exaustão.

8

A característica do nitro-metano, com relação a combustão é o fato de haver uma

auto-alimentação de oxigênio durante a combustão. Além disso, a quantidade em

massa de oxigênio necessária para a queima de um quilograma de nitro-metano é 8,6

vezes menor que o da gasolina.[3]

A equação de queima do nitrometano é a seguinte:

2 CH3NO2 + 1,5 O2 = 2 CO2+3H2O+1 N2

A equação da queima do octano – um dos componentes da gasolina é:

1 C8H18 + 12,5 O2 = 8 CO2 + 9 H2O

Assim, utilizando-se um combustível com menor teor de lubrificante, há um

incremento da potência efetiva, já que esta é diretamente ligada ao poder calorífico

do combustível.

2.2. Dinamômetros.

A equipe hoje dispõe de um dinamômetro, com estrutura em “L”, com uma

articulação no encontro das duas barras e que tem em uma das extremidades, o motor

instalado e na outra, um apoio para a balança. Esta balança é empregada em

avaliação de tração de grupos moto-propulsores e foi construída de modo empírico.

(Figura 1).

Figura 1 - Esquema do dinamômetro existente.

9

A equipe estudou formas de avaliação do motor, como por exemplo, em

dinamômetros alugados ou a construção de um dinamômetro próprio.

Anteriormente a este trabalho, houve estudos de dinamômetros para outras

aplicações, como no caso da equipe de Mini Baja da Poli-USP, que projetou um

baseado em correntes parasitas.[4]

10

3. DESENVOLVIMENTO DO DINAMÔMETRO:

3.1. O motor:

O motor ensaiado foi o OS Engine 0.61FX, monocilindro de dois tempos. A

capacidade cúbica é 0,61 cu.in ou 9,95cm³. O combustível constitui-se de uma

mistura de metanol, nitro-metano e óleo lubrificante (no geral, óleo de rícino).

A Tabela 2 contém os dados do motor testado.

Tabela 2 - Dados dos motores a serem ensaiados

Motor OS Engines 0.61FX

Cilindrada (cu.in) 0.607

Cilindrada (cm³) 9,95

Faixa de operação (RPM) 2000-17000

Potência declarada pelo fabricante (HP) 1,90 @ 16000RPM

Diâmetro (mm) 24,0

Curso (mm) 22,0

Fonte: OS Engines [5].

3.2. Projeto e construção do dinamômetro.

A fim de aferir o desempenho do motor, projetou-se um dinamômetro acionado por

motor elétrico. Este dinamômetro é constituído por quatro células de carga, na

configuração 1 ou por duas células de carga nas configurações 2 e 3 (Figura 1). Em

todas estas, elas são apoiadas em uma base rígida o suficiente para não sofrer os

efeitos das tensões aplicadas pelo motor.

Os cálculos preliminares para determinação dos parâmetros de projeto são:

- Potência do motor (P): 1,9 HP = 1417,4 W.

- Rotação de operação (n): 15000 RPM = 39,79 rad/s

- Torque calculado do motor (T): T=P/n = 35,63Nm

Além disso, é desejável que o dinamômetro opere tanto para extração de potência de

atrito quanto para extração do empuxo com a hélice acoplada. Para isto, o motor teve

sua posição invertida em relação a posição de obtenção de potência de atrito, de

acordo com a Figura 2:

11

Figura 2 - Configurações de utilização do dinamômetro. A utilização para a configuração 1 é a de obtenção

da potência de atrito, da configuração 2, obtenção do torque do motor e a configuração 3, obtenção da

tração do grupo moto-propulsor.

12

3.3. Projeto do dinamômetro.

3.3.1. Célula de carga.

Para a medição das forças, confeccionou-se uma célula de carga em alumínio, com as

seguintes dimensões aproximadas:

Figura 3 - Desenho da primeira peça de alumínio da célula de carga. Medidas em milímetros.

Este formato foi escolhido pelo fato das deformações calculadas nos lados opostos as

aberturas (as fendas no bloco de alumínio) atingirem valores bastante pequenos para

o motor ensaiado. Assim, diminuindo-se o tamanho da área resistente e

transformando o bloco de alumínio numa célula de carga tipo “Z” as deformações

aplicadas ao material são maiores, sem correr o risco do strain gage (extensômetro)

não a detectar.

A célula experimental foi construída na própria oficina da Engenharia Mecatrônica, a

fim de se evitar prazos de empresas externas e também, a fim de haver maior contato

com projeto e construções mecânicas.

Como forma de avaliar as deformações produzidas pelas forças e momentos

aplicados na célula de carga, realizou-se uma simulação em elementos finitos

utilizando o software ABAQUS. A simulação utilizou-se das seguintes condições:

- Esforço considerado: carregamento distribuído sobre a célula com total de 44,7N

13

- Material: alumínio com coeficiente de Poisson de 0,33 e Tensão de escoamento de

110 MPa e módulo de elasticidade de 73GPa.

As deformações obtidas na simulação foram bastante reduzidas, da ordem de

centésimos de micrometros.

Com este estudo concluído, escolheram-se os locais para posicionamento dos strain

gages e também qual a máxima deformação que estes estariam sujeitos, de forma a

escolher qual o strain gage mais adequado para o estudo.

Um strain gage da marca Kyowa modelo KFG-5-120-C1- foi colado ao bloco de

alumínio de forma a se avaliar as deformações produzidas pelas cargas. (Figura 4)

Figura 4 - Strain gage colado ao bloco de alumínio.

Figura 5 – 1ª célula de carga - bloco de alumínio + stran gage + cabo.

14

Para esta avaliação, utilizou-se de um aquisitor de dados modelo ADS2000 da marca

Lynx Tecnologia, dotado do módulo AD2161 conectado a um computador. (Figura

6) Além disso, utilizou-se o software AQDados 7.0.2 para a aquisição dos sinais.

Figura 6 - Sistema de aquisição.

A calibração foi bem simples, consistindo em apoiar massas conhecidas sobre a

célula de carga. As massas totalizavam 4460g, foram medidas através de uma

balança de precisão disponível no laboratório e eram feitas de chapas de aço carbono.

De início, percebeu-se um problema de ruído no sistema, além de haver um problema

na calibragem. A deformação produzida pelas cargas eram muito pequenas, a ponto

de não serem sequer detectadas.

Após a avaliação da célula de carga, realizaram-se as seguintes mudanças, em

relação à geometria original:

- Furos alargados para 6 mm.

Resultado: A intensidade da deformação produzida pela carga não foi suficiente para

que o aquisitor detectasse o sinal. Para se produzir um sinal possível de ser capturado

pelo aquisitor, era necessária a aplicação de uma grande carga – por exemplo, uma

pessoa média (aproximadamente 75 kg) subir na célula.

15

- Furos alargados para 8 mm.

Resultado: A deformação produzida ainda era bastante pequena, não sendo

detectada. Porém, aplicando-se 100N, houve aquisição de dados, porém, a variação

era da ordem de décimos de milivolt.

Calibrando-se o aquisitor, para que a carga capturada fosse de 44N, uma pequena

variação no sinal – da ordem de décimo de milivolt, já fazia o software interpretar a

carga como algo da ordem de centenas de Newtons, o que está longe de ser realidade.

- Furos alargados para 10,5 mm

Resultado: Houve captura de sinais produzidos pela carga de ensaio. Porém, o sinal

era da ordem de décimos de milivolt e suspeitou-se inclusive da variação ser

produzida por ruído no sinal. Ao se aumentar a carga, para 100N, o resultado

mostrou-se mais satisfatório, inclusive com o sinal mais estável.

Recalibrando-se o aquisitor, a variação era menor, da ordem de 20-30 N, porém, não

correspondia à realidade.

- Furos alargados para 12 mm

Resultado: A deformação produzida pela carga de 44N era capturada pelo aquisitor

de forma estável, porém, uma pequena variação no sinal já fazia a carga sair da

realidade, ou seja, a célula capturava uma variação da ordem de dezenas de Newtons,

quando na realidade variou-se apenas 2N. Alterou-se a calibragem de forma a

capturar-se diretamente a deformação e não a carga aplicada. A deformação foi da

ordem 30 micrometros. Foi realizada uma nova simulação utilizando-se o ABAQUS

e a deformação teórica foi de 38 micrometros, o que corresponde a um erro de 26%,

porém, de forma que os valores estavam relativamente próximos ao resultado obtido

experimentalmente.

Este erro foi atribuído ao desconhecimento com relação às deformações que o strain-

gage é capaz de detectar. Em conversa com o engenheiro Adriano Axel do IPT, este

informou que as deformações usuais são da ordem de décimos de milímetros.

16

De posse desta informação, a célula foi redesenhada, novamente com auxílio do

ABAQUS - de modo a se capturar deformações com carga de apenas 100g. Os

resultados das simulações são mostrados nas Figura 7,Figura 8 e Figura 9.

Figura 7 - Modelo computacional da célula reprojetada.

Figura 8 – Deformações principais na célula ao se aplicar as forças.

17

Figura 9 – Tensão de Von Mises (em MPa) na célula ao se aplicarem as forças.

As condições de ensaio são as mesmas do ensaio com o primeiro modelo de célula.

Para a construção, desta vez, adquiriu-se uma barra chata de alumínio AISI 6063 e a

célula foi confeccionada em uma empresa terceirizada. O prazo para construção foi

de apenas um dia. A Figura 10 apresenta o desenho da célula de carga e a Figura 11

apresenta uma foto da mesma.

Figura 10 - Desenho final da peça de alumínio da célula de carga.

18

Figura 11 – Bloco da célula de carga final.

3.3.1.1 Ensaios da célula de carga.

A nova célula de carga foi submetida a três ensaios:

a) Cargas constantes em determinados intervalos de tempos.

Este ensaio consistiu no seguinte:

Adição de cargas conhecidas em intervalos de tempos intercalados e conhecidos,

conforme apresentado na Tabela 3.

Tabela 3 - Dados do ensaio 1.

Intervalo de tempo (s) Carga aplicada (N)

0-15 0

16-30 9,81

31-45 0

46-60 9,81

61-75 0

75-90 14,788

91-105 0

106-120 14,788

121-135 0

136-150 19,877

151-165 0

165-180 19,877

180-210 0

19

O objetivo do ensaio era o de verificar a acuidade das medidas, ou seja, se as

medidas obtidas eram constantes, com o decorrer do tempo de ensaio.

A Figura 12 apresenta os resultados obtidos nesta etapa.

Figura 12 - Gráfico do resultado do ensaio 1.

b) Adição de carga ao longo do tempo.

Adicionaram-se cargas conhecidas ao longo do tempo, conforme apresentado na

Tabela 4 com o objetivo de se avaliar a faixa linear de ensaio.

Até a adição das cargas conhecidas, a célula de carga trabalhou na zona linear de

deformação, ou seja, deformações elásticas.

20

Tabela 4 - Dados do ensaio 2.


0-15 0

16-30 3,283

31-45 7,585

46-60 12,578

61-75 17,664

75-90 22,780

91-105 27,916

106-120 33,080

121-135 38,303

136-150 43,566

151-165 38,303

166-180 33,080

181-195 27,916

196-210 22,780

211-225 17,664

226-240 12,578

241-255 7,585

256-270 3,283

270-300 0

Os resultados desta etapa são apresentados na Figura 13.


21

Nos ensaios a partir desta etapa, houve aplicação de filtro passa-baixas para redução

do ruído na aquisição dos dados.

c) Encontrar a zona de deformação plástica.

Aplicou-se a carga máxima de projeto – 10kg – à célula de carga. A metodologia foi

semelhante ao ensaio 2, porém, partiu-se com carga de 22,298N, conforme indicado

na Tabela 5. Além disso, a carga aplicada teve picos devido a colocação de anilhas

sobre a célula ao invés de apenas as placas. Foi aplicada 1 anilha de 2275g e uma de

3300g (estimada), além das placas já conhecidas.

Tabela 5 - Dados do ensaio 3


0-15 22,298

16-30 54,638

31-45 62,223

46-60 67,216

61-75 72,302

75-90 77,418

91-105 82,554

106-120 87,718

121-135 92.941

136-150 98,204

151-165 92,941

166-180 87,718

181-195 82,554

196-210 77,418

211-225 72,302

226-240 67,216

241-255 62,223

256-270 54,638

270-300 22,298

301-315 3,283

316-330 0

Os resultados desta etapa são apresentados na Figura 14.

22


Em todos os ensaios, os resultados obtidos foram ainda dentro da zona linear de

deformação, ou seja, as deformações foram ainda na zona elástica. Ou seja, mesmo

atingindo a carga de projeto, a célula teve deformações elásticas, fato confirmado

pela medição das fendas/aberturas da célula de carga, que não sofreram alterações

dimensionais, quando verificadas com um paquímetro.

3.3.2. Estudos do dinamômetro.

Cogitou-se três configurações de dinamômetros, conforme descrito na Figura 2:

1- Com o motor do avião, sem hélice, acionado e o motor elétrico atuando como

freio. (Configuração 1)

2- Com o motor do avião, sem hélice, desacionado e o motor elétrico atuando

como acionador. (Configuração 2)

3- O motor do avião acionado com a hélice atuando como carga ao motor.

(Configuração 3)

Em conversa com o Prof. Francisco Nigro, observou-se que a configuração 2 é a

mais usual para se extrair dados com relação a potência de atrito dos motores de

combustão interna. Além disso, uma das hipóteses levantada pelo Prof. Nigro é de

que a comparação entre as forças de atrito produzidas pelos componentes originais e

23

as produzidas pelos modificados, medidas através da configuração 1, requererá uma

instrumentação de precisão.

O segundo caso é a pior condição de funcionamento do motor, sendo a lubrificação

nula, o que aumenta a folga entre os componentes, apesar dos componentes estarem

sem dilatação.

O motor elétrico, para a realização do ensaio, tem como pré-requisitos:

1- Fornecer uma rotação de pelo menos 15000 RPM, mesmo com carga.

2- Possuir torque de pelo menos 2 Nm.

Identificam-se dois motores candidatos para esta aplicação:

Dremel Series 300 110V

Motor elétrico 18V Old Style Drill Motor DeWalt.

A configuração 3 é a utilizada pela equipe do Aerodesign para se obter a tração que o

conjunto moto-propulsor aplica a aeronave. Porém, há diferença na metodologia, já

que o conjunto moto-propulsor é montado em uma estrutura semelhante a mostrada

na Figura 15, baseada em um “L” de alumínio, com uma articulação e apoiada em

uma balança.

Figura 15 - Dinamômetro antigo de balança

24

Variando-se a hélice acoplada ao motor, há variações dos resultados obtidos, dados

os diferentes passos e diâmetro das hélices, o que faz variar o empuxo e a força

aplicada na balança.

As escolhas do capitão da equipe, por questões de tempo para a construção e de

obtenção de resultados práticos foram as opções 2 e 3. Na verdade, a mesma bancada

pode ser utilizada em ambas as configurações, bastando trocar os dispositivos de

suporte do motor. Para montar-se a configuração 3, adicionam-se duas mãos

francesas e o montante do motor.

Para apoiar as células, o motor e o acionamento, construiu-se uma bancada de modo

a se montar o dinamômetro. A Figura 16 mostra o desenho da estrutura da bancada:

Figura 16- Esboço da estrutura da bancada. Medidas em milímetros.

É desejável que ela seja a mais rígida possível, de forma que as tensões aplicadas

pelo motor não provoquem deformações ou que a bancada não absorva as

deformações provocadas pelas tensões do motor, o que poderia mascarar os

resultados da avaliação do motor. Além disso, como citado anteriormente, deseja-se

que ela consiga ensaiar o motor, tanto no quesito potência de atrito como com a

hélice acoplada, bastando apenas, inverter a posição do motor do aeromodelo.

25

4. ENSAIOS

4.1. Teste da bancada.

A princípio, antes das tomadas de dados, foi realizado um teste com a bancada e o

motor acionado, com uma hélice acoplada. O objetivo deste ensaio foi comprovar

que a bancada consegue suportar o motor acionado, sem que houvesse deformações,

ou mesmo, alguma movimentação indesejada durante o funcionamento do motor.

Com o motor 0.61FX abastecido com combustível com 10% de nitrometano, a

bancada e o dinamômetro suportaram ao teste, sem haver deformações plásticas nas

células. Porém, durante o ensaio, percebeu-se que havia a tendência da bancada

“capotar” pelo empuxo gerado pela hélice, sendo necessário que esta fosse

estabilizada. A estabilização se deu pela aplicação de forças para segurar a bancada.

No caso, um auxiliar segura a bancada enquanto o motor está acionado.

Não houve aquisição de dados, uma vez que a realização do teste foi em ambiente

externo e não havia como deslocar o aquisitor de dados e o computador para o local

do ensaio.

A Figura 17 mostra a bancada em configuração de teste.

Figura 17 – A bancada montada na configuração de ensaio

26

O reservatório de combustível foi colocado na posição inclinada por ser um padrão

entre as equipes da Escola Politécnica (Keep Flying e PoliAclive), após um estudo da

primeira, no qual se observou uma redução na turbulência no reservatório, o que

reduz a quantidade de bolhas no combustível.

4.2. Metodologia de ensaio do motor:

O motor foi ensaiado com hélice acoplada, porém, com o motor funcionando por

meios próprios – alimentado com combustível. Variaram-se as hélices de modo a

buscar uma hélice com maior torque – ou seja, uma otimização do conjunto hélice x

motor. Foram tomadas as forças nos strain gages, com a bancada na configuração 2 e

3.

Por não ser possível a configuração de uma segunda porta de entrada do aquisitor,

todos os ensaios foram realizados medindo-se a força em apenas uma das células de

carga. Além disso, o objetivo dos ensaios são o de comparar e não a obter resultados

numéricos dos motores.

4.2.1 Matriz de ensaios:

A matriz de ensaios está mostrada na tabela Tabela 6.

Tabela 6 - Ensaios do motor

Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4

Combustível 1 Combustível 1 Combustível 2 Combustível 2

Hélice 1 Hélice 2 Hélice 2 Hélice 1

4.2.2. Hélices:

A Figura 18 apresenta as hélices utilizadas nos ensaios.

Madeira 13/5 – hélice 1.

Madeira 13/8 – hélice 2.

27

Figura 18 - Hélices utilizadas - 13/5 (acima) e a 13/8 (abaixo)

4.2.3. Combustíveis:

A Figura 19 apresenta os dois recipientes com os combustíveis utilizados nos ensaios

do motor.

Byron Premium Sports Standard – 10% de nitrometano, 74% de metanol e 16% de

lubrificante – combustível 1.

Byron Race 2000 Gen2 – 20% de nitrometano, 68% de metanol e 12% de

lubrificante – combustível 2.

Figura 19 - Combustíveis utilizados – a direita, o combustível 1 e a esquerda o combustível 2.

28

4.3. Primeiro ensaio (seguindo os parâmetros de ensaio n° 1):

Montou-se o motor 0.61 FX na bancada. O motor foi abastecido com o combustível

10% e montado com a hélice 1. Conectou-se o sistema ao sistema aquisitor e

acionou-se do modo tradicional, a frio.

A operação do motor segue alguns procedimentos, como, após a alteração de

combustível e/ou hélice, deve-se afinar o motor, de modo que ele produza a maior

potência possível com esta combinação. No desacionamento, deve-se acelerar o

motor ao máximo e estrangular a alimentação de combustível. A aceleração máxima

visa consumir todo o combustível remanescente na linha de alimentação. Estes

procedimentos foram adotados em todos os ensaios.

O motor rodou por cerca de 10 segundos em baixa rotação e posteriormente

aumentou-se a aceleração do motor, até a máxima possível. Verificou-se que a

bancada tinha tendência de se mover, não só pelo empuxo, mas também por

possivelmente pela excitação de alguma frequência natural de vibração, já que

verificou-se vibrações mais intensas em determinadas faixas de operação.

O gráfico de forças do ensaio 1 é apresentado na Figura 20:

Figura 20 - Gráfico do resultado do ensaio 1 da primeira série de ensaios.

29

Observa-se que por volta dos 1min15 o início de um grande pico de força, da ordem

de 30N. Além disso, observa-se que após o desacionamento do motor houve uma

tensão residual que no ensaio foi por volta de 5,6N.

De início, imaginou-se que houve deformação plástica na célula de carga. Medindo-

se com um paquímetro a abertura das células, verificou-se que não houve

deformações a ponto de serem detectadas pelo paquímetro – ou seja, da ordem de

centésimos de milímetros.

Assim, cogita-se que o pico de força danificou o strain gage e as medidas ficaram

prejudicadas.

4.4. Segunda série de ensaios.

As células de cargas foram aferidas novamente, através da colocação de massas

conhecidas, percebeu-se que as células perderam acurácia e a calibragem inicial, mas

julgou-se possível prosseguir com os ensaios.

Foi feita a filmagem destes ensaios, com uma câmera Canon S3-IS e captura em 30

fps (frames per second). Foi possível verificar uma grande deformação das células,

especialmente nos momentos de variação da aceleração do motor.

Decidiu-se por não zerar a medição das células, por possíveis mudanças nas

medições posteriores.

Todos os motores foram levados a sua máxima aceleração durante pelo menos 10

segundos. Foi uma das condições impostas nos ensaios. Assim, considera-se que as

medições com maior força na célula e que tenham duração superior a 5 segundo são

as medições do motor em condição de máxima aceleração e em regime.

A seguir, os resultados e comentários dos ensaios:

30

4.4.1. Ensaio 1 - Hélice 1, Combustível 1

A Figura 21 apresenta o resultado do ensaio número 1 desta série.

Figura 21 - Gráfico do ensaio nº 1, na configuração 2, hélice 1 e combustível 1.

Percebe-se um grande pico de força aos 2 minutos e que tem duração de 5 segundos.

Assim, não foi considerado como força em regime. No vídeo, observou-se, neste

momento, uma grande deformação na célula e a bancada vibrando a ponto de se

deslocar. Neste momento, chegamos a conclusão que foi excitada uma frequência

natural de vibração do sistema.

Porém, as maiores forças – i.e. a máxima aceleração em um intervalo de tempo maior

que 7 segundos acusam forças, em média, de 11kN.

No pico, há a medição de uma força de 28,0kN.

31

4.4.2. Ensaio 2 - Hélice 2, Combustível 1

A Figura 22 apresenta os resultados do ensaio 2, desta série.

Figura 22 - Gráfico do ensaio nº 2, na configuração 2, hélice 2 e combustível 1.

O gráfico mostra também outro perfil com picos de força, porém de menor

intensidade. Durante o ensaio, notou-se que o motor possuía maior vibração e que a

tração produzida pelo grupo moto-propulsor era menor.

A força nas células foi, no primeiro pico, de cerca de 1,5kN e no segundo (por volta

de 3:10) de 3kN. No terceiro, temos por volta de 2,5kN, com um pico de 5,3kN – que

foi a máxima força.

Logo, percebe-se a hélice 2 produz uma menor tração em relação a hélice 1, o que

era esperado, dados ensaios anteriores realizados pela equipe.

32

4.4.3. Ensaio 3 – Hélice 2, Combustível 2


Figura 23 - Gráfico do ensaio n°3, na configuração 2, hélice 2 e combustível 2.

Variando-se o combustível, a célula conseguiu capturar variação no funcionamento

do motor. Os resultados são superiores aos do segundo ensaio, comprovando que

uma menor quantidade de lubrificante e maior quantidade de nitro-metano no

combustível promove um melhor funcionamento do motor, gerando maior potência.

A maior força capturada foi de 14,8kN, sendo a média de força em regime de

máxima aceleração, de 8kN

33

4.4.4. Ensaio 4 – Hélice 1, Combustível 2


Figura 24 - Gráfico do ensaio n°4, na configuração 2, hélice 1 e combustível 2.

No ensaio com a hélice 1 e o combustível 2, combinou-se a maior força medida com

a maior média de força na célula.

A maior força medida é de 27,4kN e a maior média, considerando-se os critérios

previamente definidos, foi da ordem de 17,5kN, observadas em 2min30s e 3min30s.

4.4.5. Análise e comentários da segunda série de ensaios.

Percebeu-se que as células conseguiram capturar mudanças nas medições, ao se

variar as hélices e o combustível. Porém, julgou-se que os valores não são confiáveis,

dados os resultados bastante discrepantes em relação ao primeiro ensaio – no qual

testou-se o mesmo motor com a hélice e combustível 1.

34

O ensaio 1 forneceu a maior força, individual, porém, o ensaio 4 forneceu o maior

valor de força de tração em regime. Os dois resultados foram obtidos com a hélice 1,

o que mostra que esta hélice faz o conjunto moto-propulsor ter mais torque. E em

relação ao combustível, o combustível 2 mostrou-se mais adequado, por fazer o

motor ter o maior torque entre os 4 ensaios.

Após o último ensaio desta série, durante a desmontagem da hélice, com apenas uma

pequena força, as células deformaram-se plasticamente. Assim, tornaram-se

inutilizáveis.

Uma das hipóteses para tal ocorrência é fadiga da célula, já que as deformações eram

bastante grandes. A outra hipótese é a de encruamento do alumínio, o que o

fragilizou na região mais solicitada.

Pela possível repetição deste fenômeno, decidiu-se então alterar o ensaio, passando a

medir a tração do conjunto moto-propulsor.

A síntese desta primeira série de ensaios, é mostrada na Tabela 7.

Tabela 7 - Síntese dos resultados da segunda série de ensaios.


Maior força (pico) 28kN 5,3kN 14,8kN 27,4kN

Maior força (média) 11kN 2,5kN 8kN 17,5kN

Descalibração 0kN -0,210kN -0,150kN 0,115kN

A ordem de grandeza da descalibração é 10 vezes menor que a ordem de grandeza

dos valores obtidos, assim, estes resultados ainda podem ser considerados como

válidos.

35

4.5. Terceira série de ensaios.

Para a terceira série de ensaios, foi necessária uma alteração na bancada. As células,

antes fixadas diretamente na bancada, agora são fixadas através de mãos-francesas.

Além disso, agora elas sustentam o motor, pelo montante do motor – que é o mesmo

utilizado pela aeronave. A configuração da bancada é apresentada na Figura 2

(configuração 3). A bancada nesta configuração também é mostrada na Figura 25.

Assim, a bancada passará a medir as cargas de tração que o conjunto moto-propulsor

aplica.

Figura 25 - Bancada na configuração 3

4.5.1. Calibração das células

Para a nova série de ensaios, realizou-se uma nova calibração. Em relação aos

ensaios anteriores, a calibração do aquisitor era 1,6 vezes menor que o real. Para esta

calibração, tracionou-se a célula, com ela na posição vertical, aplicando-se massas

conhecidas, como mostrado na Figura 26.

Porém, percebeu-se que a calibração estava errada após a execução dos ensaios.

Logo, os valores dos gráficos nesta série de ensaios não foram corrigidos, porém os

valores apresentados nas análises já estarão multiplicados por este fator 1,6.

36

Figura 26 - Esquema da calibração das células para a terceira série de ensaios

4.5.2. Metodologia dos Ensaios:

Os ensaios desta série seguiram os mesmos parâmetros dos demais ensaios, ou seja,

variando-se as mesmas hélices e combustíveis.

Efetuaram-se os 4 ensaios propostos, na configuração 3 (vide Figura 2) seguindo-se o

seguinte roteiro:

1- Afinação do motor, para o combustível e a hélice ensaiados.

2- Coloca-se o motor em ponto morto.

3- A cada 20 segundos, aproximadamente, aumenta-se a aceleração em 25%.

4- Atingindo-se o máximo, a aceleração é reduzida em 25%.

5- Ao final, varia-se a aceleração de “idle” ou marcha-lenta para a máxima em

pequenos intervalos.

6- Para o corte do motor, acelera-se ao máximo e estrangula-se a tubulação de

combustível, de modo a consumir o combustível remanescente na linha de

alimentação.

37

4.5.2.1 Ensaio 1 - Hélice 1, Combustível 1

A Figura 27 apresenta o gráfico com os resultados do ensaio 2, desta série.

Figura 27 - Gráfico do resultado de ensaio motor 0.61FX, hélice 1, combustível 1.

Percebem-se dois picos iniciais, da afinação do motor. Como força máxima, atinge-

se 17,01N de empuxo. Durante a afinação, a média das forças, foi de 11,78N no

primeiro pico e 10,78N no segundo pico.

Força na célula, com a carga plena do motor: 8,24N em média – por volta dos

3min30s.

38




Verifica-se que o ensaio partiu com a célula acusando uma força de 4N.

Apesar de seguir o roteiro proposto, a menos do pico de força aos 1min30s e aos

6min00s, não houve grandes picos de empuxo do grupo moto-propulsor. Considerou-

se um pico de aceleração aos 4min00s com duração de cerca de 30 segundos

Assim, analisando-se o pico dos 1min30s, tem-se uma força máxima de 16,48N e em

média 13,15N.

Já no pico dos 4min00s – 4min30s observa-se um máximo de 12,80N e uma média

de 8,64N,

Ao final, percebe-se que a tensão residual é praticamente nula.

39




A célula partiu acusando uma tensão de 12,8N.

A média da carga em máxima aceleração foi de 23,84N, em 5min10s. Porém, a

maior força medida foi de 43,84N, logo no início da medição.

Todos estes valores não foram subtraídos da força inicialmente apontada.

40



Figura 30 - Gráfico do resultado de ensaio motor 0.61FX, hélice 1, combustível 2

A célula não partiu do zero, partindo-se com carga de aproximadamente 4,8N.

Pico de máxima aceleração do motor, em regime, atingido aos 3min35s, com

intensidade de aproximadamente 20,43N. A máxima força medida foi de 26,08N.

Após o corte do motor, houve uma tensão residual de aproximadamente 11,2N.

Este foi o ensaio com maior força de tração média, mantendo-se o motor em máxima

aceleração.

41

4.5.2.5 Análises e comentários da terceira série de ensaios

Como citado no início desta seção, foi necessária uma nova calibração. Esta foi feita

pendurando-se massas conhecidas de forma a se tracionar a célula. Verificou-se que

a calibração até então utilizada estava com um erro de 1,6 em relação aos valores

reais. Assim, todos os valores apresentados na Tabela 8, são os valores corrigidos, ou

seja, multiplicados por 1,6.

Tabela 8 - Síntese dos resultatos desta série de ensaios - corrigidos.


Máxima força (pico) 17,01N 16,48N 43,84N 26,08N

Máxima força (média) 8,24N 13,15N 23,84N 20,43N

Descalibragem 0N 4N 12,8N 4,8N

A Tabela 9 apresenta os valores corrigidos (multiplicados por 1,6), descontando-se a

descalibragem inicial.

Tabela 9 - Resultados corrigidos da terceira série de ensaios




Descalibragem considerada 0N 4N 12,8N 4,8N

Os valores apresentados na Tabela 10, são os resultados plotados pelo aquisitor, ou

seja, não foram modificados em decorrência das descalibragens e das tensões

residuais.

Tabela 10 - Síntese dos resultados da terceira série de ensaios.




Descalibragem 0N 2,5N 8N 3N

Assim, é possível observar que o conjunto hélice 1 e combustível 2 é o que produz os

melhores resultados com relação ao empuxo gerado pelo grupo moto-propulsor, por,

42

em regime, produzir a maior tração. Resultado este que está em acordo com os

ensaios realizados com a bancada montada na segunda configuração.

E pode-se observar que também nesta série de ensaios o dinamômetro capturou

diferenças nos parâmetros de funcionamento do motor, quando rodando com hélices

e combustíveis diferentes.

Estes resultados combinados permitem concluir que com a finalidade de

comparativos de grupo moto-propulsores, o dinamômetro projetado e construído

atende às necessidades da equipe.

43

5. CONCLUSÃO:

De início, avaliou-se com grande erro a avaliação das deformações na célula. A carga

imposta na célula original sequer foi detectada pelo aquisitor, significando que a

deformação causada era muito pequena. Através de processos iterativos, chegou-se a

conclusão que as deformações eram muito pequenas, mesmo aumentando-se o furo

na célula, o que levou ao re-projeto da célula e a confecção de uma menos robusta

que a originalmente projetada.

Com o novo projeto, as deformações produzidas foram grandes o suficiente para

serem detectadas pelo aquisitor, o que permitiu inclusive uma melhor calibragem,

obtendo-se resultados bastante próximos da realidade. Assim, viabilizou-se o projeto

do dinamômetro.

Da experiência de se fazer a célula de carga nas oficinas, valeu pela aquisição de

conhecimentos de fabricação mecânica, porém, os prazos para construção foram

muito altos.

A primeira medição do dinamômetro não foi satisfatória, pelo fato de haver uma

tensão residual após o ensaio. Apesar disto, prosseguiu-se com o ensaio e verificou-

se que o dinamômetro é capaz de medir variações no funcionamento do motor, ao se

alterar algum componente de funcionamento do grupo moto-propulsor, no caso do

projeto, o combustível e a hélice.

É possível inclusive uma avaliação de melhor combinação combustível-hélice,

chegando-se a conclusão que o melhor conjunto é o formado pela hélice 1 (13/6)

com o combustível 2 (20% de nitrometano).

Sendo possível esta medição com os presentes equipamentos, conclui-se que o

projeto atende aos requisitos da equipe, sendo possível a avaliação de alterações de

componentes e mesmo, comparação entre os diferentes tipos de combustíveis e de

hélices. E mesmo uma comparação entre motores disponíveis.

Em síntese, os resultados seguem na

Tabela 11:

44

Tabela 11 - Resultados finais compilados.

Ensaio de Torque


Maior força (pico) 28kN 5,3kN 14,8kN 27,4kN

Maior força (média) 11kN 2,5kN 8kN 17,5kN

Descalibração 0kN -0,210kN -0,150kN 0,115kN

Ensaio de Tração




Descalibragem considerada 0N 4N 12,8N 4,8N

5.1. Etapas Futuras:

Há a intenção de se prosseguir com o estudo, modificando-se os componentes do

motor da aeronave, que em projetos futuros é a da modificação dos anéis de pistão e

da camisa do cilindro, seja via LST (Laser-Surface Texturing) [6][7][8], seja via

utilização de filmes finos.

A intenção é a de se reduzir ou mesmo eliminar o uso de lubrificantes no motor da

aeronave, com o objetivo de se aumentar o desempenho, através da injeção de maior

quantidade de combustível na mistura e também o de reduzir-se a emissão de

lubrificante nos gases de escape.

Além disso, deseja-se testar outros modelos de motores, de maior cilindrada ou com

outros recursos, como bomba injetora de combustível.

Há ainda o que aperfeiçoar, com a correta calibração da célula, de modo a se gerar

ensaios com os valores corretos – ensaios quantitativos, ao invés dos ensaios

qualitativos. Além disso, deseja-se também adicionar um tacômetro digital, de modo

a se extrair a potência do motor.

Já foi incorporada uma modificação no sistema: a adição de um acelerador via rádio-

frequência no qual o acelerador do motor é acionado por um servo-mecânico

acoplado a um rádio-receptor. Esta modificação permite um maior controle na taxa

da aceleração do motor, além de se conhecer mais precisamente qual a aceleração

aplicada ao motor.

45

6. BIBLIOGRAFIA:

[1] GARCIA, O. & BRUNETTI, F., Motores de Combustão Interna, 1989.

[2] Byron Fuels – The world leader

<http://www.byronfuels.com/pages/products.html - acesso em 31/05/2010>.

[3] Magna Pro – Nitrometano - <http://www.nitrometano.com.br/> - acessado em

23/04/2010.

[4] GUSHIKEN, E.Y & KOBAYASHI, R.M, Projeto de um dinamômetro para

motores de veículos mini baja. 2006. 5 páginas. Escola Politécnica da Universidade

de São Paulo.

[5] OS Engines – Home Page.<www.osengines.com>. Acesso em 25/03/2010.

[6] ETSION, I.; HALPERIN, G. Analytical and Experimental Investigation of Laser-

Textured Mechanical Seal Faces. 1999. 6 páginas. ASME/SLTE Tribology

Conference, Toronto, Canadá.

[7] RONEN A.,ETSION, I. KLIGERMAN, Y. Friction-Reducing Surface-Texturing

in Reciprocationg automotive Components. 2001, 8 páginas. 56th

Annual Meeting.

Orlando, FL, Estados Unidos da América

[8] RYK, G. KLIGERMAN, Y. ETSION, I.Experimental Investigation of Laser

Surface Texturing for Reciprocating Automotive Components, 2002, 6 páginas. 57th

annual meeting, Houston, TX, Estados Unidos da América.

http://www.byronfuels.com/pages/products.html%20-%20acesso%20em%2031/05/2010

http://www.osengines.com/

46

7. ANEXOS:

7.1. Procedimento da construção da célula de carga.

Os procedimentos de construção da célula de carga:

- Corte da barra de alumínio, de modo a se manter um sobremetal.

- Usinagem do bloco, até as dimensões acima descritas. A usinagem foi realizada

com uma fresadora dotada da ferramenta “bailarina”.

- Confecção dos furos de alívio de tensão e dos furos para fixação da célula a base e

do motor a célula.

- Confecção dos cortes da célula, com a fresadora dotada de um disco de corte e

suporte, também confeccionado.

- Acabamento superficial através de lixamento das faces. As lixas utilizadas foram

lixas d’água das seguintes granas:

- 100 para maior desbaste de imperfeições.

- 180 e 220 para acabamento da superfície, de modo a permitir a colagem dos

strain gages, evitar a formação de superfície estruturada – com o lixamento das

superfícies a 45°, formando “X” nas superfícies e visando uma uniformidade das

faces.

- Colagem do strain gage com cola de cianoacrilato.

- Solda de cabo duplo-par, com blindagem dupla aos fios do strain gage.

47

7.2. Relatórios de ensaios gerados pelo programa AqdAnalysis.

Doc.Ref.:

Data:

M1 M2

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0 k

5 k

10 k

15 k

20 k

25 k

cel carga 1 (N) cel carga 1 (N)

Arquivo Sinal Unidade Min / Max Média / RMS M1 / M2 / dT

2010_05_12_1_061_1_112/05/10 10:00

cel carga 1Time

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: Responsável:

Doc.Ref.:

Data:

M1 M2

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2010_05_12_1_061_2_112/05/10 10:12

cel carga 1Time

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA...

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